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中国的“卡纳维拉尔角”

作者:火亮
□ 火亮

2016年6月25日, 我国首枚新一代中型运载火箭长征七号在新建的海南文昌航天发射场顺利升空,这次发射也是我国首次启用新建的、位于中国海南省文昌市龙楼镇的海南文昌发射场。海南文昌发射场于2009年9月14日正式开工,2014年10月中旬基本竣工,目前可以发射长征五号、七号系列运载火箭。

文昌发射场四大优势

与使用多次的甘肃酒泉、山西太原、四川西昌3个老航天发射场相比,海南文昌航天发射场具有纬度低、发射效率高、射向宽、落区安全性好、海运便捷等优势,能够满足新一代无毒、无污染运载火箭和新型航天器发射任务需求,未来将主要承担货运飞船、大吨位空间站、地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、深空探测器等航天器发射任务。

作为低纬度滨海发射基地(发射塔离海仅800米),在海南文昌航天发射场发射运载火箭,相比国内其他三个卫星发射中心有几大明显的优势。

一是火箭的射向范围宽。它能够覆盖90°~175°,射向1000千米范围均为海域,可以满足地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、空间站、深空探测等航天器发射任务。

二是火箭发射更安全。由于海南文昌航天发射场建在海边,从那里发射的火箭,其发射方向1000千米范围内是茫茫大海,所以火箭航区、残骸落区的安全性好,坠落的残骸不易造成意外。火箭发射后其第一级火箭坠落于南海,即可以避免对居民人身安全的伤害,又可以避免地面的危害。而在酒泉、太原、西昌发射中心,每次发射火箭,都要临时迁移大批居民,以防止第一级火箭坠落时对当地居民造成伤害。

三是纬度低,节约能耗。海南文昌航天发射场位于北纬19°的位置,因而具备了低纬度的优势。火箭发射场距离赤道越近、纬度越低,发射航天器时越能借助接近赤道的较大线速度,以及惯性带来的较大离心速度,使火箭燃料消耗大大减少,用同样燃料可以达到的速度也更快,从而能提高地球同步轨道卫星的运载能力。西昌、太原、酒泉发射场的纬度分别为28°、38°、41°。据悉,在文昌发射地球同步卫星比在西昌发射火箭的运载能力可提高10%~15%,并且入轨角度比较好,仅在校正夹角上减少卫星调姿消耗的燃料就可使卫星寿命可延长2年以上,效费比高。

四是火箭运输更便利。发射基地选在海南文昌,火箭可以通过海路运输,火箭的大小就不受铁路运输的限制。我国长征二号、三号、四号等系列火箭由于受到铁路运输的限制,主要是受涵洞大小的影响,其组件的最大直径只能限制在3.5米。今年晚些时候,我国还将在文昌航天发射场首次发射长征五号新一代大型运载火箭。长征五号芯级的直径为5米,用公路、铁路运输都难以满足要求,只能采用海运。海南航天发射场具有年发射能力强的优势,每年可进行10次~12次发射。

海运长征七号的远望-21专用货船

长征七号火箭转运至发射区途中文昌发射场诸多亮点

长征七号火箭转场时能拐4 个60°的弯,以便和长征五号火箭共用一个转运轨道,节省占地面积。通过大量的计算表明,要转4个弯,转弯半径应为20 米,最大转弯角度在60 °左右,这样火箭转弯最省劲儿。而火箭转弯时的速度也是有讲究的。经过3 年的努力,取得了活动发射平台转弯行走原理试验的成功。这是航天发射支持系统的一次重大突破,让我国运载火箭活动发射平台转弯行走实现了零的突破。目前,除日本外,我国是第2 个掌握单轨差速转弯行走技术的国家,也是继美国、欧洲、日本之后第4 个掌握发射平台转弯行走技术的国家。

文昌航天发射场有专门的脐带塔。这是因为这里风大,而我国台风预测能力仅能提前1 周。以往火箭所有的管路连接以及测试验证都是在发射阵地进行,大概需要20 天左右的时间,如今天气的不确定性,使火箭不能在发射阵地如此长时间工作,为此,设计人员专门设计了脐带塔,使火箭在技术阵地完成相关技术的验证和试验后,在转场过程中可以保证所有连接状态不变,到发射阵地后直接进行加注发射,缩短了在火箭发射阵地的测试时间。长征七号脐带塔高约64.5 米,它们分上、中、下三段,呈锥形,重约250 吨。国外的火箭也有脐带塔,但长征七号火箭脐带塔最特别,它的两侧装有6 根摆杆,内部铺设有加注、供气、空调管路和箭上众多控制电缆,以及配气台和中频电源房间,因此它的结构及组成是最复杂的,这也意味着我国运载火箭的研制技术又迈出了一大步。

另外,文昌的火箭发射平台采用了喷水降温措施。长征七号发射点火的刹那,温度会高达3000℃,足以溶化绝大多数金属和非金属材料,即便火箭发射平台由特殊材料制成,表面有防热涂层,也很难承受如此高的温度。和过去主要起支撑作用的钢制发射平台不同,海南文昌发射场使用的新一代发射平台功能上更强大,它在综合发射系统主要功能基础上,将火箭总控网、控制系统、测试系统部分设备集于一身。如温度太高,发射平台将可能遭到损坏,进而影响火箭发射安全性,所以专门采用了喷水降温和涂特种防护涂层等方式,使它不怕被高温摧毁。国际上先进的降温方法是喷水降温。文昌发射台的喷水系统分两级,一级位于发射平台上,在火箭发动机点火前给发射平台喷一层5 厘米厚水膜,二级位于发射平台两旁5 米高空,在火箭飞达5 米高以后向箭体尾部火焰中心喷水,两级喷水设施各喷20 余秒,完成400 吨的喷水量。在400 吨水中,有30% 的水会汽化到大气中,60%的水则通过导流槽流走,水份蒸发带走大量的热,发射平台核心区降温幅度在1000 ℃左右。此外,该系统还有良好的降低噪音效果。

长征七号发射

文昌航天发射场长征七号发射台

有脐带塔的长征七号火箭活动发射平台

 

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